CN102805044A

CN102805044A - 基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置及其方法

Info

Publication number: CN102805044A
Application number: CN2012102445208A
Authority: CN
Inventors: 徐建瑜; 王文静; 王春琳; 蒋霞敏
Original assignee: Ningbo University
Current assignee: Ningbo University
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2032-07-16
Also published as: CN102805044B

Abstract

本发明公开了一种基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置及其方法，特点是包括用于提供恒定水流的苗体出流水箱、计数过流箱体、摄像机、背光源及计算机，苗体出流水箱与计数过流箱体连通，摄像机和背光源分别位于计数过流箱体的上方和下方，摄像机与计算机连接，计数步骤如下：将含有鱼虾蟹苗的水体放入苗体出流水箱中，按恒定流速流入计数过流箱体，利用摄像机对幼苗进行拍摄，获得视频图像，经过计算机图像处理技术对视频图像进行预处理，然后算出每帧图像的幼苗数M；将每帧图像的幼苗数M乘以相应的加权系数r，累加计算得到鱼虾蟹苗总数，还可以获得苗体的个体大小等参数，优点是可实现准确、快速、方便、实时计算苗体数量的目的。

Description

基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种鱼虾蟹苗自动计数装置，尤其是涉及一种基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置及其方法。

背景技术

随着水产养殖生产规模的不断扩大，其育苗、饲养、运输、销售等环节均需对鱼、虾、蟹苗进行计数，需要根据鱼虾蟹苗数量来控制养殖密度、计算成活率和销售幼苗等。在日益发展的海洋牧场和海洋放流中，投放的幼苗数量是很重要的参数。目前我国的水产苗种计数系统还不够成熟，普遍采用人工统计的方法来计数，但这种方法在费时费工的同时，准确度也得不到保证。称重法会对水产苗种造成应激和损伤，增加苗种的死亡率和适应时间。因此当前迫切需要一种简便、快捷、准确的鱼虾蟹苗计数系统。

现有的中国专利名称为水中鱼苗光电快速计数法（申请号为CN85105265），公开了一种计数连续快速、鱼苗成活率高的鱼苗计数方法，但是该方法需要将液体通过通道分为多个孔道，对于不同个体大小的鱼苗要分别选用不同规格的孔道，即要选用不同规格的计数装置，而且分成几个孔道容易引起苗体的堵塞。

中国专利名称为基于计算机视觉的鱼苗自动计数系统（申请号为CN200810162176.1）提出数据采集装置是两个相互垂直的数字摄像系统，对一个放置鱼苗的水箱采集图像，通过计算机程序分析无鱼苗的背景照片的灰度数据、已知鱼苗数量的鱼苗照片的灰度数据与鱼苗数量之间的关系式，最后通过这个关系式获得待计数鱼苗的数量。这项技术需要先通过若干组已知数量鱼苗的灰度数据和鱼苗数量建立一个拟合关系式，而随着鱼苗的种类和出苗期的不同，每次要事先做出拟合关系，操作麻烦，并且决定鱼苗数量的灰度数据也容易受到外界光线变化的影响，造成计数结果不准确。

中国专利名称为鱼苗自动计数装置（申请号为CN201010542654.9）公开了鱼苗自动计数装置，该装置将包含鱼苗的水体放置于一圆盘中，圆盘同轴安装叶轮轴，多个叶片等分安装在叶轮轴上构成叶轮，叶轮轴与一间歇转动驱动机构连接，通过叶片将圆盘划分为进苗区、摄像区和出苗区，该项技术通过叶轮的连续不断的转动将包含鱼苗的水体逐格移动经过摄像区，实现了连续地逐批得到计数，但是该技术装置复杂，对装置密封性要求比较高，需要严格地控制叶轮的转速，叶轮转动和密封过程中容易损害鱼苗，在密封的计数过程中容易造成高密度鱼苗缺氧。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、实现方便、计数准确的基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置及其方法，该方法可实现准确、快速、方便、实时计算苗体数量的目的，促进水产养殖自动化和精准化的发展。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置，包括：用于提供恒定水流的苗体出流水箱、计数过流箱体、摄像机、背光源及计算机，所述的苗体出流水箱通过管道与所述的计数过流箱体连通，所述的摄像机位于所述的计数过流箱体的上方，所述的背光源位于所述的计数过流箱体的底部，所述的摄像机通过数据传输线与所述的计算机的数据接口连接。

所述的苗体出流水箱为采用透明有机玻璃或不锈钢材料制成的箱体，所述的箱体上设置有密封盖，所述的箱体的底部设置有出流孔，所述的出流孔与所述的管道连通，所述的管道上靠近所述的出流孔处设置有用于调节和控制水流的球阀开关，所述的箱体的底部侧端设置有至少一个进气孔，所述的进气孔处设置有进气阀门。利用流体力学伯努利原理，出流孔处的流速和自由表面到出流孔处的高度有关，而密闭箱体内部液体的自由表面就是进气孔处，所以从高水位一直下降到进气孔高度的这个过程中水的流速都是稳定的，而进气孔下面是比箱体横截面积小很多的管道，流速降低了的水体也比较小，流速减小对计数过程的影响可忽略不计，因此苗体出流水箱可为苗体过流计数箱体提供稳定的水流。空气从进气阀门进入箱体，起到进气、水体充氧和使水和苗体均匀混合的作用。

所述的苗体出流水箱采用上端开口的容器，所述的容器包括苗体流入管、稳流出苗口及用于调节保持水位恒定的溢流管和补水管，所述的苗体流入管、所述的溢流管和所述的补水管位于所述的容器的上端，所述的补水管的位置等于或高于所述的溢流管的水平位置，所述的稳流出苗口位于所述的容器的底部且与所述的管道连通，所述的管道内设置有用于调节和控制水流的球阀开关。含有苗体的水流入容器中，到达溢流水位后出苗口打开，调整水体流入容器和流出容器的流量基本一致，根据伯努利原理，出口流速是由水面的高度决定的，使容器中的水位保持恒定，以保证出水的流速是稳定的，通过补水管和溢流管来调节水位保持在溢流管管口的高度。入流水体不足时打开补水管阀门，有多余水时可从溢流管流出。

所述的管道为圆形弯管，所述的球阀开关的孔径为2-10cm，所述的溢流管的管口设置有防止鱼苗溢出的筛网。球阀开关的大小根据育苗大小确定。

所述的计数过流箱体采用一个顶面透明的宽度为5-50cm的扁管，所述的扁管包括入口管段、稳流管段和观测管段，所述的入口管段的鱼苗进口与所述的圆形弯管连通，所述的观测管段的最外侧为鱼苗出口，所述的入口管段的顶面沿鱼苗进口方向向上倾斜10-45°，所述的观测管段的顶面沿鱼苗出口方向向上倾斜10-45°，所述的入口管段与所述的观测管段之间设置有长度为10-30cm的稳流管段。入口管段沿鱼苗进口方向向上倾斜，可防止水体溢出，经过一段10-30cm的稳流管段，水流宽度变宽，水流变得均匀，保证进入观测管段水流和苗体分布均匀，稳速流过。观测管段沿鱼苗出口方向向上倾斜，防止水流过通道时在顶面残留水滴影响视频处理效果。

所述的背光源位于所述的观测管段内的底部，所述的背光源采用机器视觉光源或采用平板光源。可以去除阴影和正面光照引起的水面、苗体反光问题的影响。

所述的摄像机位于所述的观测管段的正上方，所述的摄像机帧速每秒10-100帧，所述的摄像机的镜头垂直向下指向所述的观测管段，所述的摄像机采用不透明的材料制成的盒子盖住。可减少外界光线的影响，增强透明苗体的识别效果。

一种基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数方法，具体包括以下步骤：

（1）将含有鱼虾蟹苗的水放入苗体出流水箱中，按恒定流速随水流流入计数过流箱体中，利用摄像机对流过计数过流箱体的幼苗进行拍摄，获得视频图像；

（2）将步骤（1）获取的视频图像由数据传输线路送入计算机，通过计算机图像处理技术对视频图像进行预处理，去除干扰和噪声；

（3）采用图像阈值分割技术将经步骤（2）处理后的视频图像的灰度图像转变成二值图像，然后进行滤波、形态学处理，去除颗粒噪声；

（4）将步骤（3）形态学处理后的视频图像进行空洞填充和连接体的分割，计算出每帧图像的幼苗数M；

（5）将步骤（4）得到的每帧图像的幼苗数M乘以相应的加权系数r，得到每帧图像新增蟹苗N _x，将第一帧图像的幼苗数M和每帧图像新增蟹苗N _x相加，即得到鱼虾蟹苗总数，其中x为2，3，…n，所述的加权系数为每一帧图像与前一帧图像之间不重叠区域面积除以前一帧图像区域面积得到的比值。

所述的计数过流箱体采用一个顶面透明的宽度为5-50cm的扁管，所述的扁管包括入口管段、稳流管段和观测管段，所述的入口管段的鱼苗进口与所述的塑料圆管连接，所述的观测管段的最外侧为鱼苗出口，所述的入口管段的顶面沿鱼苗进口方向向上倾斜10-45°，所述的观测管段的顶面沿鱼苗出口方向向上倾斜10-45°，所述的入口管段与所述的观测管段之间设置有长度为10-30cm的稳流管段。

所述的加权系数的计算过程如下：r=v* t /l，其中t为两帧图像之间的时间间隔，l为每帧图像的长度，v为出水口的恒定流速。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置及其方法，包括用于提供恒定水流的苗体出流水箱、计数过流箱体、摄像机、背光源及计算机，苗体出流水箱通过管道与计数过流箱体连通，摄像机位于计数过流箱体的上方，背光源位于计数过流箱体的底部，摄像机通过数据传输线与计算机的数据接口连接，具有结构简单、实现方便、计数准确的优点，该方法可实现准确、快速、方便、实时计算苗体数量的目的，大大减少劳动力消耗，促进水产养殖自动化和精准化的发展。

附图说明

图1为本发明鱼虾蟹苗自动计数装置实施例一结构示意图；

图2为本发明鱼虾蟹苗自动计数装置实施例二结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

具体实施例一

本发明一种用于计数一定体积水体中的幼苗数的基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置，如图1所示，包括用于提供恒定水流的苗体出流水箱1、计数过流箱体2、用于采集图像的摄像机3、用于数据处理的计算机4及背光源5，苗体出流水箱1通过管道6与计数过流箱体2连通，摄像机3位于计数过流箱体2的上方，背光源5位于计数过流箱体2的底部，摄像机3经数据传输线与计算机4的数据接口连接。

在此具体实施例中，苗体出流水箱1（放置幼苗的近恒流出水箱，为苗体过流计数提供稳定的水流）包括耐海水腐蚀材料制成的箱体（其中耐海水腐蚀材料包括透明有机玻璃材料和不锈钢材料），箱体上设置有密封盖7，箱体的底部设置有出流孔8，出流孔8与管道6（采用圆形弯管）连接，管道6上靠近出流孔8处设置有用于调节和控制水流的球阀开关9，苗体出流水箱1的箱体的底部侧端设置有至少一个进气孔10，进气孔10处设置有进气阀门14，球阀开关9的直径为2-10cm（根据苗体的大小确定直径大小），进气阀门14的孔径为0.5-2cm。

在此具体实施例中，计数过流箱体2采用一个顶面透明的宽度为5-50cm的扁管（扁管的宽度可以根据被测苗体的大小进行调整）。扁管包括入口管段11、稳流管段12和观测管段13，入口管段11的鱼苗进口与管道6连接，观测管段13的最外侧为鱼苗出口，入口管段11的顶面沿鱼苗进口方向向上倾斜10-45°，观测管段13顶面沿鱼苗出口方向向上倾斜10-45°，入口管段11和观测管段13之间设置有长度为10-30cm的稳流管段12。

在此具体实施例中，背光源位于观测管段13的下方，光源采用机器视觉光源或采用Led加上导光板组成平板光源，可以去除正面光照引起的阴影、水面或苗体反光问题的影响；摄像机3位于观测管段13的正上方，鱼苗流经观测管段13时可以进行拍摄视频，对准观测管段13管面，摄像机3的镜头垂直向下，光轴垂直于观测管段13水体液面，选择合适的镜头，调整摄像机3的高度，使视野范围要能看到整个观测管段13的宽度。

在此具体实施例中，摄像机3帧速每秒10-100帧，帧速的选择与出流孔8的流速和摄像机3在水流一致方向上的视野范围有关，保证每秒采集的帧数×视野范围的长度是每秒水流过的长度的一倍或几倍。摄像机3和拍摄的通道采用不透明的材料制成的盒子盖住，可以减少外界光线的影响，增强透明苗体的识别效果。

工作过程：将含幼苗的水体倒入苗体出流水箱1中，盖上密封盖7，然后同时打开球阀开关9和进气阀门14，苗体出流水箱1箱体中的水带着鱼虾幼苗从管道6流出，进入计数过流箱体2，经过观测管段13时，以相应的帧率拍摄视频，摄像机3所拍摄的视频图像通过数据传输线进入计算机4，计算机4通过图像处理技术对幼苗视频图像进行分析和计算，得出每帧图像幼苗数和加权系数，求出总幼苗数，并对结果进行储存。

具体实施例二

本发明一种用于对连续流过的水体中的苗体进行计数的基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置，如图2所示，包括用于提供恒定水流的苗体出流水箱1、计数过流箱体2、用于采集图像的摄像机3、用于数据处理的计算机4及背光源5，苗体出流水箱1通过管道6与计数过流箱体2连通，摄像机3位于计数过流箱体2的上方，背光源5位于计数过流箱体2的底部，摄像机3经数据传输线与计算机4的数据接口连接。

在此具体实施例中，苗体出流水箱1采用上端开口的容器，容器包括苗体流入管15、稳流出苗口16及用于调节保持水位恒定的溢流管17和补水管18，苗体流入管15、溢流管17和补水管18位于容器上端，溢流管17的管口设置有防止苗体溢出的筛网（图中未显示），补水管18的位置高于或等于溢流管17的水平位置，稳流出苗口16位于容器的底部且与管道6连通，管道6上靠近稳流出苗口16处设置有用于调节和控制水流的球阀开关9。

在此具体实施例中，背光源位于观测管段13的下方，光源采用机器视觉光源或采用Led加上导光板组成平板光源，可以去除正面光照引起的阴影和水面、苗体反光问题的影响；摄像机3位于观测管段13的正上方，鱼苗流经观测管段13时可以进行拍摄视频，对准观测管段13管面，摄像机3的镜头垂直向下，光轴垂直于观测管段13水体液面，选择合适的镜头，调整摄像机3的高度，使视野范围要能看到整个观测管段13的宽度。

在此具体实施例中，摄像机3帧速每秒10-100帧，帧速的选择与稳流出苗口16的流速和摄像机3在水流一致方向上的视野范围有关，保证每秒采集的帧数×视野范围的长度是每秒水流过的长度的一倍或几倍。摄像机3和拍摄的通道用不透明的材料制成的盒子盖住，可以减少外界光线的影响，增强透明苗体的识别效果。

工作过程：将含有苗体的水经过苗体流入管15流入苗体出流水箱1，到达溢流水位后，打开球阀开关9，并通过补水管18上的阀门调整补水水量，使水体流入水量等于或稍大于稳流出苗口16的出水量，多余的从溢流管17管口排出，以使容器中的水位保持恒定，从而使水流保持恒定流速，苗体出流水箱1箱体中的水带着苗体从管道6流出，进入计数过流箱体2，经过观测管段13时，以相应的帧率拍摄视频，摄像机3所拍摄的视频图像通过数据传输线进入计算机4，计算机4通过图像处理技术对幼苗视频图像进行分析和计算，得出每帧图像幼苗数和加权系数，求出总幼苗数，并对结果进行储存。

具体实施例三

本发明一种基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数方法，如图1或图2所示，具体包括以下步骤：

（1）将在鱼虾蟹苗放入苗体出流水箱1中，按恒定流速随水流流入计数过流箱体2中，利用摄像机3对流过计数过流箱体2的幼苗进行拍摄，获得视频图像；

（2）将步骤（1）获取的视频图像由数据传输线路送入计算机4，通过计算机图像处理技术对视频图像进行预处理，去除干扰和噪声；

（4）将步骤（3）形态学处理后的视频图像空洞填充和连接体的分割，计算出每帧图像的幼苗数M；

（5）将步骤（4）得到的每帧图像的幼苗数M乘以相应的加权系数r，得到每帧图像新增蟹苗N _x，将第一帧图像的幼苗数M和每帧图像新增蟹苗N _x相加，即得到鱼虾蟹苗总数，其中x为2，3……n，加权系数为每一帧图像与前一帧图像之间不重叠区域除以前一帧图像区域得到比值。

在此具体实施例中，计数过流箱体2采用一个顶面透明的宽度为5-50cm的扁管（扁管的宽度可以根据被测苗体的大小进行调整）。扁管包括入口管段11、稳流管段12和观测管段13，入口管段11的鱼苗进口与管道6连接，观测管段13的最外侧为鱼苗出口，入口管段11的顶面沿鱼苗进口方向向上倾斜10-45°，观测管段13顶面沿鱼苗出口方向向上倾斜10-45°，入口管段11和观测管段13之间设置有长度为10-30cm的稳流管段12，背光源5位于观测管段13的下方。

在此具体实施例中，加权系数的计算过程如下：r=v* t /l，其中t为两帧图像之间的时间间隔，l为每帧图像的长度，v为出水口的恒定流速。

上述实施例一中流速v的计算方法如下：

，其中Z_A为进气孔10距离地面的高度，Z_B为管道6出口距离地面的高度，

为修正系数，一般取0.9-0.95。

上述实施例二中流速v的计算方法如下：，其中Z _A为苗体出流水箱1水面距离地面的高度，Z _B为管道6出口距离地面的高度，

为修正系数，一般取0.9-0.95。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置，其特征在于包括：用于提供恒定水流的苗体出流水箱、计数过流箱体、摄像机、背光源及计算机，所述的苗体出流水箱通过管道与所述的计数过流箱体连通，所述的摄像机位于所述的计数过流箱体的上方，所述的背光源位于所述的计数过流箱体的底部，所述的摄像机通过数据传输线与所述的计算机的数据接口连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置，其特征在于：所述的苗体出流水箱为采用透明有机玻璃或不锈钢材料制成的箱体，所述的箱体上设置有密封盖，所述的箱体的底部设置有出流孔，所述的出流孔与所述的管道连通，所述的管道上靠近所述的出流孔处设置有用于调节和控制水流的球阀开关，所述的箱体的底部侧端设置有至少一个进气孔，所述的进气孔处设置有进气阀门。

3.根据权利要求1所述的基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置，其特征在于：所述的苗体出流水箱采用上端开口的容器，所述的容器包括苗体流入管、稳流出苗口及用于调节保持水位恒定的溢流管和补水管，所述的苗体流入管、所述的溢流管和所述的补水管位于所述的容器的上端，所述的补水管的位置等于或高于所述的溢流管的水平位置，所述的稳流出苗口位于所述的容器的底部且与所述的管道连通，所述的管道内设置有用于调节和控制水流的球阀开关。

4.根据权利要求2或3所述的基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置，其特征在于：所述的管道为圆形弯管，所述的球阀开关的孔径为2-10cm，所述的溢流管的管口设置有防止鱼苗溢出的筛网。

5.根据权利要求4所述的基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置，其特征在于：所述的计数过流箱体采用一个顶面透明的宽度为5-50cm的扁管，所述的扁管包括入口管段、稳流管段和观测管段，所述的入口管段的鱼苗进口与所述的圆形弯管连通，所述的观测管段的最外侧为鱼苗出口，所述的入口管段的顶面沿鱼苗进口方向向上倾斜10-45°，所述的观测管段的顶面沿鱼苗出口方向向上倾斜10-45°，所述的入口管段与所述的观测管段之间设置有长度为10-30cm的稳流管段。

6.根据权利要求5所述的基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置，其特征在于：所述的背光源位于所述的观测管段内的底部，所述的背光源采用机器视觉光源或采用平板光源。

7.根据权利要求5所述的基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数装置，其特征在于：所述的摄像机位于所述的观测管段的正上方，所述的摄像机帧速每秒10-100帧，所述的摄像机的镜头垂直向下指向所述的观测管段，所述的摄像机采用不透明的材料制成的盒子盖住。

8.一种基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数方法，其特征在于：所述的计数过流箱体采用一个顶面透明的宽度为5-50cm的扁管，所述的扁管包括入口管段、稳流管段和观测管段，所述的入口管段的鱼苗进口与所述的塑料圆管连接，所述的观测管段的最外侧为鱼苗出口，所述的入口管段的顶面沿鱼苗进口方向向上倾斜10-45°，所述的观测管段的顶面沿鱼苗出口方向向上倾斜10-45°，所述的入口管段与所述的观测管段之间设置有长度为10-30cm的稳流管段。

10.根据权利要求8所述的基于计算机视频处理的鱼虾蟹苗自动计数方法，其特征在于：所述的加权系数的计算过程如下：r =v* t /l，其中t为两帧图像之间的时间间隔，l为每帧图像的长度，v为出水口的恒定流速。